聲速的測量實驗報告范文第1篇
在大學物理實驗中,測量聲速的實驗很多,其中比較常見的就是利用壓電陶瓷片產生超聲波,并運用相位比較法或駐波法測量聲波的波長λ,根據 v=λf計算出聲速,其中,f是聲源振動頻率[1,2]。但是聲速是隨溫度變化的,該裝置難以實時測量隨溫度變化的聲速。因此實驗室開發了基于單片機的聲速隨溫度變化的測量系統[3],該系統利用最簡單直觀的脈沖法,即通過直接測量聲波傳播一定距離l所需的時間t,求得聲速v=l/t。該系統由80C196KC單片機、揚聲器和麥克風模塊、電阻絲加熱模塊、溫度采集模塊、以及單片機與PC串口通信模塊組成。該系統能實時測繪出聲速隨溫度變化的關系曲線,與理論曲線吻合得非常好。該系統現在已用于大學物理實驗教學中,既響應了國家要求大力發展“卓越工程師教育”的號召,又培養了學生的物理實驗技能,還培養了學生初步的電子應用能力和電路設計能力,也讓學生對單片機有了初步的認識,在一定程度上提高了學生的就業能力。
1系統框架圖
本實驗系統分為四個模塊,如圖1所示。第一個模塊完成溫度采集功能,用到的溫度傳感器是最基礎的電子元件二極管。二極管的正向電壓隨著溫度的變化而變化,80C196KC單片機采集到二極管的正向電壓信號,從而反映出溫度的變化;第二個模塊是揚聲器和麥克風,聲波經過揚聲器發出后,被反射片反射回來,麥克風接收到聲波后,引發單片機的高速輸入中斷,兩者的時間差由單片機系統記錄;第三個模塊完成單片機與PC的串口通信功能。PC采集到溫度和聲速數據后,利用Visual Basic的良好界面,作圖實時顯示聲速隨溫度變化的關系曲線;第四個模塊是均勻纏繞電阻絲的玻璃管。給電阻絲加上電壓,電阻絲發熱,管內的空氣溫度就逐漸升高。第一個模塊的二極管就放置在玻璃管內的兩側。第二個模塊的揚聲器和麥克風放置在管內左側,而聲波反射片則放置管內右側?？梢詼y量出揚聲器到反射片的距離。
1.1 溫度采集模塊
為了加深學生對電子元器件的認識和培養電子電路的設計能力,沒有用到集成的溫度傳感器,而是采用最基礎的二極管。二極管是溫度的敏感器件,溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現為:隨著溫度的升高,其正向特性曲線左移,即正向電壓減小。一般在室溫附近,溫度每升高1 ℃,其正向壓降減小[4]2～2.5 mV。設計系統時,將二極管分別浸入冰水混合物和沸水中進行校正。在一個標準大氣壓下,冰水混合物的溫度為0 ℃,沸水溫度為100 ℃。當二極管浸入到冰水混合物進行校正時,測得輸送到P0.4端的模擬電壓為0.88 V,因此R1取22 kΩ,R2取4.7 kΩ。第一個LM324采用射級跟隨器的形式,這樣當環境溫度為0 ℃時,能夠確保A點電壓穩定在0.88 V。特別地,二極管D1的正負兩端分別連接到運算放大器的輸出端和輸入負端。實踐證明,這種接法能夠較好地保證二極管兩端電壓不容易受到外界環境的干擾。為了如實反映溫度的變化,將二極管D2和D1放置在玻璃管的管內兩側。D2和D1的電路完全相同。最后,這兩個經二級放大后的模擬信號分別送入單片機的P0.4和P0.5。計算時,取這兩個信號的平均值。該模塊電路如圖2所示。
1.2 揚聲器和麥克風模塊
80C196KC高速輸出端HSO.0定期發出脈沖,通過HSO_TIME寄存器讀取這一事件的時刻T1[5,6]。該脈沖通過兩個三極管放大后,驅動揚聲器SK發出聲波,該聲波運行到玻璃管的另一端后,被反射片反射回來,麥克風MK接收到反射回來的聲波后,通過高輸入阻抗運算放大器CA3140,將聲音的變化轉化為電壓的變化。HSI.0端接收到較大的電壓信號后,產生一個外部中斷,通過HSI_STATU寄存器和HSI_TIME寄存器讀取該事件發生的時刻T2。這兩個事件的時間差就是聲波的運行時間。當系統采用12 MHz晶振時,HSI可以在無需CPU干預的情況下,以2 μs的分辨率識別從輸入引腳輸入的事件,因此可以滿足實驗要求的精度。B點可以通過外觸發接入到示波器,通過示波器觀察脈沖信號。LM311是電壓比較器,通過調節合適的電壓,對脈沖進行濾波整形。圖3為揚聲器和麥克風及其電路。
1.3 PC串口通信和實時數據采集
由于單片機輸入、輸出的邏輯電平為TTL電平,“0”≤0.5 V,“1”≥2.4 V;而PC配置的RS 232C標準接口邏輯電平為“0”=+12 V,“1”=-12 V,所以它們之間通信需要通過MAX232芯片進行電平轉換[7],如圖4所示。
Visual Basic的MSComm通信控件,只需要用戶編寫少量的程序代碼即可完成通信軟件的開發過程[8,9]。MSComm控件是Microsoft公司提供的串行通信Activx控件,該控件通過串行口發送和接收數據,為應用程序提供串行通信功能。本實驗采用了事件驅動方法,也就是利用OnComm事件,每當串口接收到左側溫度、右側溫度以及速度數據時,PC就將這13個字節讀取出來。采用這種方法,不但能偵測并處理通信時間和錯誤,而且程序響應及時,可靠性高。
Private Sub Form_Load()
MSComm1.CommPort = 2
MSComm1.PortOpen = True
MSComm1.Settings = ″19200,n,8,1″
MSComm1.InputMode = comInputModeBinary
MSComm1.RThreshold = 13 ′接收到13個字節數據,觸發OnComm事件
′Buf = MSComm1.Input
Command2.Enabled = False
MSComm1.PortOpen = False
End Sub
′OnComm事件,接收溫度、速度等13個字節數據
Private Sub MSComm1_OnComm()
Select Case MSComm1.CommEvent
InByte() = MSComm1.Input
′接收到左側溫度數據
T1= 1000 * Val(InByte(3)) + 100 * Val(InByte(2)) + 10 * Val(InByte(1)) + Val(InByte(0))
′接收到右側溫度數據
T2= 1000 * Val(InByte(7)) + 100 * Val(InByte(6)) + 10 * Val(InByte(5)) + Val(InByte(4))
′接收到速度數據
V= 1000 * Val(InByte(12)) + 100 * Val(InByte(11)) + 10 * Val(InByte(10)) + Val(InByte(9))
T= (T1 + T2) / 2
End Select
End Sub
2基于Visual Basic的實時數據采集和圖形界面
就空氣介質而言,聲波在空氣中的傳播速度與其自身頻率無關,只取決于空氣本身的性質,影響聲速的主要因素是溫度,理論上有:
式中:v0=331.45 m/s,是標準狀態下干燥空氣中的聲速;T0=273.15 K;t為測量時空氣的攝氏溫度[10]。利用Visual Basic的圖形功能將實時采集到的溫度和聲速數據描點成像,橫坐標為溫度,縱坐標為聲速,如圖5所示。
將實驗得到的曲線和理論曲線進行對比,發現當電阻絲兩端電壓緩慢變化時,實際曲線和理論曲線非常吻合,而當電壓急劇變化時, 實際曲線和理論曲線分離較遠。這是因為空氣是熱的不良導體,當電壓變化時, 要經過較長的時間玻璃管內部的空氣分子熱運動才能達到平衡,此時二極管測得的溫度才能比較接近實際溫度。
3結語
實驗室自行設計了基于單片機的聲速隨溫度變化的測量系統,該系統利用最簡單直觀的脈沖法,能夠比較精確地實時顯示聲速隨溫度變化的關系曲線,與理論曲線非常吻合。該系統已經用于大學物理實驗課堂,經過一年來的實踐表明,在大學物理實驗課適當采用單片機技術,不但能夠提高學生對大學物理實驗的認識,而且能夠培養他們初步的電子應用和電路設計能力,并為后續的專業課的學習打下良好的基礎。
參考文獻
[1]李勇華.工科物理實驗教程[M].北京:科學出版社,2009.
[2]唐麗華,陳金太.基于PASCO的聲速測量[J].大學物理,2011,30(1):38-41.
[3]彭真真,趙碩焓,劉月林,等.基于單片機改造邁氏干涉儀自動測量微小長度[J].現代電子技術,2011,34(11):151-153.
[4]康華光.電子技術基礎[M].4版.北京:高等教育出版社,1999.
[5]劉復華.8XC196KX單片機及其應用系統設計[M].北京:清華大學出版社,2002.
[6]李杰遒.9098單片機原理與應用[M].北京:機械工業出版社,1994.
[7]吳愛萍.基于VB與單片機的溫度測控系統設計[J].控制與測試,2010(8):208-210.
[8]許光濘.VB中MSComm控件的設置與應用[J].電腦學習,2004(5):27-28.
[9]李江全.Visual Basic串口通信與測控[M].北京:人民郵電出版社,2007.
聲速的測量實驗報告范文第2篇
與購置成套多普勒效應實驗儀相比, 自組實驗裝置可以更加清晰地展現實驗的設計思路, 幫助學生理解物理原理, 培養學生的邏輯思維能力。而且實驗裝置更具有開放性, 學生可以在現有儀器裝置的基礎上開發更多的實驗內容, 培養學生的創造力, 提高學生分析問題解決問題的能力。
1實驗原理
根據多普勒效應原理, 當波源與觀察者沿著兩者的連線有相對運動時, 觀察者接收到的頻率f為:
其中, f0為波源發射頻率, u為聲速, v1為觀察者運動速率, θ1為觀察者運動方向和波源與觀察者之間連線的夾角, v2為波源運動速率, θ2為波源運動方向和波源與觀察者之間連線的夾角。
如果波源不動, 觀察者沿波源與觀察者連線方向以速度v運動, 則式 (1) 可以寫為:
當觀察者向波源運動時v取正值, 反之v取負值。
本實驗中, 使聲源位置不動, 將超聲接收器固定在滑塊上沿二者連線向聲源運動, 并測量Δf的值。實驗所用超聲波的頻率f0由超聲信號源給出, 空氣中的聲速根據溫度與聲速的關系式
得到, 其中t為室溫。
可將式 (2) 寫為
從而求得接收器的運動速度。將多普勒效應計算速度與光電門測得速度相比較, 即可驗證多普勒效應。
2實驗裝置
實驗裝置如圖1所示。
實驗中, SVX-5信號源發出頻率為40k Hz左右的電信號, 并由壓電陶瓷換能器S1將其轉換為超聲信號, 此信號由接收器S2接收并轉換成電信號輸回信號源, 經過整流和放大處理后, 信號源將發射信號和接收信號分別輸入數字示波器的CH1和CH2通道, 示波器屏幕上顯示兩個正弦波曲線, 分別是信號源產生的初始頻率f0及接收器的接收頻率f。將兩個信號疊加形成“拍”, 拍頻即兩個信號的頻率差Δf, 利用式 (4) 求得滑塊速度v。我們利用光電門被遮擋時輸出電壓發生變化這一特點, 將光電門輸出電壓做為示波器的觸發源, 這樣可以精確地獲得滑塊經過光電門時的拍頻波形, 同時數字毫秒計可以給出當時測量的滑塊速度v', 比較v與v'的值, 從而驗證多普勒效應, 并分析得到實驗誤差。
3實驗過程和結果
3.1調節氣墊導軌水平
開啟氣源, 將滑塊置于導軌不同位置觀察其有無滑動。如果滑塊在導軌上靜止不動, 則說明此時氣墊導軌是水平的, 可以進行實驗。如果滑塊自發滑動, 則需要調節氣墊導軌的調平螺釘使其水平。
3.2調節超聲信號源的輸出頻率
將信號源的輸出和接收換能器接口分別與發射端S1和接收端S2相連, 將發射波形和接收波形輸入示波器的CH1通道和CH2通道。調節輸出信號的頻率, 觀察示波器顯示的接收波形, 當接收波形達到極大值時, 信號頻率既是換能器的共振頻率, 將此頻率做為實驗的初始頻率f0。
3.3多普勒效應測速實驗
調節示波器, 將觸發選擇設置為“Ext/5”, 并將光電門輸出做為觸發信號, 調節水平旋鈕選擇合適的時基。手動給滑塊一個初速度, 使滑塊在氣墊導軌上做勻速運動, 當滑塊經過光電門時, 滑塊上的擋光板遮擋光電門, 在記錄遮擋時間的同時觸發示波器, 示波器則記錄當時的CH1和CH2波形, 將兩波形疊加, 可以看到波拍, 移動光標測得拍頻Δf, 根據式 (4) 求得多普勒速度v。比較光電門測得速度v'與多普勒速度v, 得到實驗的誤差。
實驗數據由表1給出。
由表1可以看到實驗結果穩定, 誤差較小。實驗誤差產生的原因主要有:接收換能器所連的數據線對滑塊運動有影響;示波器讀數時產生的誤差;氣墊導軌不嚴格水平引入的誤差等。
4多普勒效應測量加速度實驗
改變砝碼重量可以求出不同牽引力下滑塊的加速度。
5結論
本文介紹的超聲多普勒效應測速實驗涵蓋了包括示波器的應用、氣墊導軌實驗及超聲聲速實驗等多項實驗的知識, 利用波拍原理設計實驗, 指導學生綜合運用學到的物理知識進行實驗工作。實驗的設計思路清晰透明, 具有開放性, 學生可以在現有的實驗基礎上進行再開發, 培養學生的創新能力和動手能力。
參考文獻
[1]童培雄.多普勒效應測速實驗[J].物理實驗, 2000, 20 (2) :3-5.
聲速的測量實驗報告范文第3篇
名稱表示原理
(導線長)D實測邊長總合
(角度總和)∑β實測左角相加的總和
(角度閉合差)Fβ實測左角相加的總和的秒位數
(坐標閉和差)Fx△x計算出的坐標增量之合
Fy△y計算出的坐標增量之合
(距離閉合差)FFx平方加Fy平方開根號
(導線精度)KF/D(1÷F×D)
附合導線：
名稱表示原理
(導線長)D實測邊長總合
(角度總和)∑β實測左角相加的總和
(角度閉合差)Fβ實測推算出的終點方位角減理論的終點方位角
(坐標閉和差)Fx△x總合減(終點x坐標減起始x坐標)
Fy△y總合減(終點y坐標減起始y坐標)
(距離閉合差)FFx平方+Fy平方開根號
(導線精度)KF/D(1÷F×D)
坐標增量計算：
△x12=D12×cosa1
2△y12=D12×sina12
D ：實測兩點間的距離。
a ：實測兩點間的方位角。
近似平差方法：①將角度閉合差除以測站數：Fβ÷N(N表示測站數)=∩(角度均值)，然后將角度均值加到實測右角中。
②將Fx平方加Fy平方開根號，得出距離閉合差，用距離閉合差除以觀測邊長數得出距離均值，然后將距離均值加到每一條實測邊長中。
聲速的測量實驗報告范文第4篇
學習報告
學 號：061410248 姓 名：張鐵棒 指導老師：魏 亮
河南城建學院測繪工程學院
2013年12月
目 錄
一 、 精密工程測量的定義和特點 ............................................................................................... 2 二 、 精密工程測量研究的主要內容 ........................................................................................... 3 三 、 精密工程測量的發展與應用 ............................................................................................... 5
1、長江三峽工程永久船閘閘墻變形測量中的精密工程測量 ............................................. 5
2、高速鐵路工程測量中的精密工程測量 ............................................................................. 5
四、致謝........................................................................................................................................... 6
五、參考文獻 ................................................................................................................................... 7 一 、 精密工程測量的定義和特點
以毫米級或更高精度以及相對精度高于1ppm進行的工程測量。精密工程測量主要是研究地球空間中具體幾何實體的精密測量描繪和抽象幾何實體的精密測設實現的理論 、 方法和技術 。精密工程測量代表工程測量學的發展方向 。
精密工程測量的最大特點是要求的測量精度很高 。 精度這一概念包含的意義很廣 , 分相對精度和絕對精度 。 相對精度又有兩種 , 一種是一個觀測量的精度與該觀測量的比值 , 比值越小 , 相對精度越高 ,如邊長的相對精度 。但比值與觀測量及其精度這兩個量都有關 ,同樣是 1∶ 1 000 000 ,觀測量是10 m和是 10 km 時 ,精度分別為 0 . 01 m m 和10 m m , 故有可比性較差的缺點 ; 另一種是一點相對于另一點 ,特別是鄰近點的精度 ,這種相對精度與基準無關 ,便于比較 ,但是各種組合太多 , 如有 100 個點 , 每一個點就有 99 個這樣的相對精度 。 絕對精度也有兩種 ,一是指一個觀測量相對于其真值的精度 , 這一精度指標應用最多。由于真值難求 ,通常用其最或是值代替 。但這一絕對精度指標也有弊病 , 有時 , 它也與觀測量的大小有關 ,如長度觀測量 。另一種是指一點相對于基準點的精度 ,該精度與基準有關 , 并且只能在相同基準下比較 。由于精度的含意較多 , 而且隨測量技術的發展又在不斷提高 ,有什么精度要求的測量才能稱為精密工程測量就很難給出一個確切的定義 。 這里我們給出以下定義 : 凡是采用一般的 、 通用的測量儀器和方法不能滿足工程對測量或測設精度要求的測量 ,統稱精密工程測量 。
大型工程 、 特種工程中并非所有的測量都是精密工程測量 。 因此 ,大型工程 、 特種工程不能與精密工程并列 。 但是 , 大型特種工程中一定包括一些或許多精密工程測量 。 3 維工業測量 、 工程變形監測中的許多測量也屬于精密工程測量 。就精度而言 ,在工業測量中 ,在設備的安裝 、 檢測和質量控制測量中 ,精度可能在計量級 , 如微米乃至納米 ; 在工程變形監測中 ,精度可能在亞毫米級 ; 在工程控制網建立中 ,精度可能在毫米級 。 長 、 大隧道的橫向貫通精度雖然在厘米 、 分米級 , 但對測量精度要求很高 , 仍屬于精密工程測量 。精密工程測量的另一個特點是對測量的可靠性要求也很高 ,包括測量儀器的鑒定檢核 、 測量標志的穩定 、 測量方法的嚴密 、 測量方案的優選 、 觀測量之間的相互檢查控制 , 以及嚴密的數據處理和對測量的質量檢查控制以及監理等等 。
精密工程測量是工程測量的分支，是測繪科學在大型工程、高新技術規程和特種工程等精密工程建設中的應用。數百米高的特大型水電工程，特大跨距的斜拉橋、懸索橋、大型工業和民用建筑群體的紛紛涌現，對傳統的工程測量在內容、精度、技術要求、測控技術等方面提出了眾多急需解決的問題。精密工程測量要滿足各種復雜大型工程、前沿科學研究中的實驗工程、現代工業安裝測量、變形監測工程等等應用的需要，確保這些大型工程建設的順利實施和工程的優質。精密工程測量的突出特點是“高精度”和“高可靠性” 。 二 、 精密工程測量研究的主要內容
精密工程測量的研究內容主要包括精密工程測量的理論 、 技術 、 方法 、 專用的儀器設備以及測量軟件研發等方面 。精密工程測量的理論 、 技術和方法是以大地測量學為基礎的 。 因為所有測量工作都要涉及參考面和線 , 如地球橢球體 、 大地水準面 、 垂線 、 經緯線 、 真北方向等 。 對于工程而言 , 小范圍要求在幾何平面上進行設計施工放樣 , 范圍有時要穿過好幾個 3度帶 ,而且高差也較大 ,就必須作橢球面向平面的歸化計算 ,作局大地水準面的精化 ,以及換帶和投影計算 。 歸化 、 投影等改正計算誤差必須小于測量誤
差 。 因而 ,工程基準面和局部坐標系的設計是精密工程測量的重要問題 。工程控制網在許多方面有別于國家大地測量控制網 。 網的優化設計 、 精度 、 可靠性 、 費用和靈敏度設計計算要求更加精細 , 如要求采用基于觀測值內部可靠性的精密測量控制網模擬法優化設計 、 觀測值多維粗差定位與定值和方差分量估計算法等 。 一般來說工程控制網的長短邊相差懸殊 , 點之間高差也很大 , G PS 和地面觀測條件都較差 ( 頂空障礙大 ,受旁折光和垂直折光影響等) ,這就要求對網作精心布設 。 同時還涉及 G PS 邊 、 地面邊之間的精度匹配 、 地面邊角測量精度匹配的影響 。G PS 網 、 地面邊角網以及混合網的布設問題涉及到測距三角高程測量 、 精密幾何水準的選取以及對規范要求的理解等問題 。G PS 網在很大程度上逐漸取代地面網 , 對于邊長懸殊極大 ( 從幾十米到幾十千米) 的工程控制網 ,用精密星歷解算基線 , 精度也可達毫米級 , 但對于許多精密工程來說 ,不能采用單純的 G PS 網 、 G PS網與地面網 、 特別是與高精度測邊相結合乃是最新的發展方向 。在精密工程測量特別是工程變形分析中涉及到數據處理理論和方法的研究 。 如非線性隨機模型的參數估計 、 非參數估計和半參數估計理論 。對于海量變形監測數據處理 ,要研究數據挖掘理論與方法 ,即要從大量的 、 模糊的和隨機的各種數據源中 ,提取隱含在其中的有用信息和知識 。統計分析 、 模糊數學 、 人工神經網絡 、 分形幾何以及小波理論等是數據挖掘的基礎理論 。 分類 、 模糊聚類 、 關聯分析 、 回歸分析 、 時序分析 、 偏差分析以及預測分析等是數據挖掘的常用方法 。 其中 ,分類用于規則描述 ,并用這種描述來構造模型 ; 模糊聚類是把數據按相似性分成類 ,發現數據的分布模式以及數據屬性間的關系 ; 關聯分析是尋找數據中隱藏的關聯網 、 關聯規則和相關性 ; 預測分析是利用大量的已有數據通過建模找出變化規律 ,由此對未來數據及特征進行預測等等 。采用人工神經網絡技術可用于大壩變形預報 , 用模糊數學理論處理觀測誤差 , 采用模糊聚類分析可對大壩的安全進行評判 。 在變形的幾何分析和物理解釋基礎上 ,要研究變形預報的理論和方法 ,涉及系統論 、 控制論 、 信息論 、 突變論 、 協同論 、 小波 、 分形 、 混沌理論和耗散結構等許多非線性學科變形預報的系統論方法 。主要有兩種 : 一種是輸入2 輸出模型法 ,即把變形體看作是一個具有非線性 、 耗散性 、 隨機性 、 外界干擾不確定性等特點的復雜系統 ,各種外界影響因子為輸入 , 而變形為輸出 , 有回歸分析法 、 時間序列法 、 卡爾曼濾波法和人工神經網絡法等 ; 另一種是動力學方程法 , 根據系統運動的物理規律建立確定的微分方程來描述系統的運動 , 在對系統受力和變形認識的基礎上 , 用低階 、 簡化的 , 在數學上可求解和可分析的模型來模擬變形過程 。在精密工程測量儀器方面 , 多傳感器集成測繪系統 、 激光跟蹤儀 、 激光掃描儀 、 測量機器人 、 各種高精度 G PS 接收機 、 電子全站儀 、 水準儀以及各種專用測量儀器 ,為精密測繪提供了技術保障 。 其中 ,激光掃描儀可對被測對象在不同位置掃描 、 建模并轉換到 C A D 成圖 , 在土木工程 、 建筑監測 、 路橋設計 、 3 維建模 、 工業設計制造以及 G I S 數據采集等方面有廣闊的應用前景 。車載 、 機載激光掃描測量將成為地面數據采集的主要手段 。一種由測量小車 、測量機器人 、 激光測距斷面儀 、 激光掃描儀和軌距 、軌道高差 、 軌道里程傳感器組成的高速鐵路軌道測量系統是一種典型的多傳感器集成測量系統 , 可實現鐵道軌道的自動化測量 , 軌道限界 2 維斷面測量和隧道 3 維斷面測量其軌距和軌道高差精度可達到0 . 5 m m( 圖 1) 。 由 G PS 接收機 、 激光測距儀組成的遠程位移測量系統可實現無人值守的遠距離遙控遙測遙傳實時變形監測 , 可用于活動性滑坡臨滑前的持續監測預報 ( 圖 2) 。由各種專用監測儀器 、 現代大地測量儀器以及空對地觀測儀器組成的立體監測系統 ,可實現對滑坡和各種工程建筑進行持續的自動監測和變形預報 。
在現代測量中 , 軟件的研發與測量儀器設備的=研制具有同等重要的意義 。 精密工程測量的軟件包括三大方面 : 與測量儀器或多傳感器集成的測量系統相配套的隨機軟件 ; 用于科研的科研型軟件 ; 面向廣大用戶的商品化通用軟件 。隨機軟件由廠商開發 ,如 G PS 接收機的基線向量解算和網平差軟件 ,電子全站儀的機載軟件等 ,目前多已實現漢化 ,具有最常用的功能 ; 科研型軟件的專用性強 ,具有特殊的和高難的功能 。一般來說使用較復雜 , 不易掌握 。如用精密星歷解算長基線的 G am it , Berness 軟件 。用于精密工程控制網數據處理和平差計算的科研型軟件除了具有一般的常用功能外 ,還具備以下功能 :可作自由網平差或擬穩自由網平差 ; 可對不同類型 、不同精度觀測值按不等權進行整體平差 ; 可作距離改化 、 方向改化計算 ; 能自動組成全部三角形并作計算閉合差和限差檢驗 ; 自動組成測角 、 測邊全部極條件 ,并計算其自由項及限值 ; 自動計算坐標方位角 、基線或測距邊條件的自由項及其限值 ; 還可以作觀測值的可靠性因子 ( 多余觀測分量) 計算 、 邊角權匹配計算 、 粗差檢驗及靈敏度分析等 。商用化通用軟件的特點是功能強大 ,使用方便 。
下面介紹幾個典型的商品化軟件 ：
1 . 現代精密工程測量控制網數據處理通用軟件包 C os a- W in 。 可作任意網形 ( 從導線 、 導線網到邊角網 、 混合網 、 特殊網等) 、 任意規模 ( 未知點數從 1～104) 、 任意等級平面網 、 水準網或三角高程網的各種嚴密數據處理 : 觀測值改化 、 概算 、 近似坐標 、 閉合差自動計算 、 粗差探測 、 方差分量估計 、 隧道貫通誤差影響值計算 、 地面網和 G PS 網優化設計 、 坐標轉換 、 網圖顯繪 、 報表輸出以及變形監測網的擬穩平差和變形分析等 。
2 . 精密 G PS 控 制 網 通 用 平 差 軟 件 包 ( C os aG PS ) 。 可與各種 G PS 接收機的基線向量軟件接口 ,讀入基線向量及其方差協方差 , 在 WG S 2 84 坐標系下進行 3 維網的無約束平差 , 在高斯平面坐標系下進行 2 維無約束平差 、 約束平差 ,與地面測邊網聯合平差 ,進行 G PS 高程擬合 。
3 . 測量機器人變形監測軟件包 。 具有工程管理 、 系統初始化 、 學習測量 、 自動測量 、 數據處理 、 數據查詢 、 成果輸出 、 工具 、 幫助等功能 。 該軟件包安裝在便攜機上 ,便攜機和測量機器人連接 ,用軟件包控制測量機器人工作 。 以基點 ( 測量機器人的位置)為基準 ,一已知點定向 , 另一已知點檢查 , 根據極坐標原理 ,可獲得各個測點的坐標 。該法外業觀測簡單省時 ,效率高 。 如對某滑坡監測 ,常規方法外業觀測需 3 天 ,而采用該方法卻不到 2 小時 。數據處理也實現了自動化 。
4 . 測量機器人控制網自動觀測軟件包 。 可實現工程管理 、 參數設置 、 測站設置 、 學習測量 、 自動觀測和成果輸出等功能 。 該軟件包是直接植入測量機器人 ,實現測量機器人自動觀測 ,進行設置和初始觀測后 ,測量機器人就可按照設定的精度 、 測回數等進 行全自動觀測 。 這樣可大大節省外業觀測的時間和人力 ,如某滑坡監測網有 15 個點 , 采用人工觀測至少要 15 天 ,而用測量機器人僅需 5 天 。 還可與后續的軟件相接 ,進行網平差 。 三 、 精密工程測量的發展與應用
1、長江三峽工程永久船閘閘墻變形測量中的精密工程測量
永久船閘的變形關系到永久船閘能否正常運行。變形除受開挖邊坡的時間效應、 巖體年周期變化的影響外 ,主要與船閘運行過程中充、 泄水有關。 如果變形太大 ,會影響人字門的啟閉和船閘的正常運行。 對閘墻變形監測的精度要求極高 ( ± 0. 02 m m) ,觀測周
期可任意調整(最小周期為 1 m in) 。為快速及時地監視永久船閘有水系統聯合調試和運行初期的建筑物的變形工況 ,建立了正 、 倒垂線和引張線組成的半自動化監測系統 。用正 、 倒垂線裝置監測閘首邊墻變形對人字門門樞垂直度的影響 ; 用引張線法監測閘室邊墻頂的水平位移 ; 用幾何水準測量法監測閘首基礎和閘頂的垂直位移 。 其中正 、 倒 垂 線 測 點 均 采 用 遙 測 垂 線 坐 標 儀 ( 精 度± 0 . 01 m m) 。南五閘室充 、 泄水過程墻與中南邊墻頂部位移 過程線見圖 1。
1 . 閘室充滿水后 ,閘頂背向閘室位移 ,泄水后 ,閘頂向閘室位移 ,變化在 0 . 5 m m 以內 。 泄水后不可回復的最大位移為 0 . 06 m m。
2 . 充水用時 10 m in ,墻頂在第 11 m in 時到達最大位移0 . 01 m m 位置 。 在閘室泄水到 86 %時 ,邊墻的回復變形就已經完成 , 說明永久船閘運行初期建筑物變形工況良好 。
圖-1 閘室充 、 泄水與閘首邊墻頂部位移過程線
2、高速鐵路工程測量中的精密工程測量
根據鐵道聯盟的定義：高速鐵路指允許速度達到250km/h的客運專線，或允許速度達到200km/h的既有線。高速鐵路的突出特點是高平順性和少維修性。精密工程測量是指絕對測量精度達到
毫米量級，相對測量精度達到10um，在特殊條件下，采用先進的儀器設備和技術手段進行的一種特殊的工程測量工作。精密工程測量的主要內容是建立精密工程控制網。精密工程控制網的作用是在工程施工前、施工中以及施工后的各個不同的階段對被測量點、線和面提供可靠的測量基準。
精密工程測量的最大特點是要求的測量精度很高。
精密工程測量的另一個特點是對測量的可靠性要求很高，包括測量儀器的鑒定檢核，測量標志的穩定、測量方法的嚴密、測量方案的優選、觀測量之間的相互檢查控制，以及嚴密的數據處理和對測量的質量檢查控制以及監理等等。
1、高速鐵路那些測量屬于精密工程測量
高速鐵路工程變形監測和軌道板鋪設、軌道精調屬于精密工程測量，就其精度而言，其相對精度可能要求達到毫米至亞毫米級 高速鐵路工程控制網從分級布設，最弱邊長相對精度從幾萬分之一到上百萬之一，臨近點坐標精度一般10毫米左右
長大隧道的橫向貫通精度雖然在厘米到分米級，但其對方向測量精度要求很高，也屬于精密工程測量
2、高速建精密工程測量體系的必要性 高速鐵路行車速度快，列車運行安全和舒適度對軌道的高平順性和高穩定性要求高;高速鐵路建設需要大量鋪設無砟軌道，軌道板的鋪設和軌道(道岔)精調都需要高精度、高可靠性的測量技術做保證;
高速鐵路勘察設計、施工和運營檢測過程中的測量很多都屬于精密工程測量的范疇，“三網合一”建設的需要;高速鐵路建設工程測量成套技術標準體系的建設需要。
3、高速鐵路精密工程測量的特點
從控制網網形上看屬于帶狀，CPI直接閉合到國家高等級GPS點(A/B級)困難，所以有時需要做CP0;
高速鐵路精密工程測量最大的特點是精度要求高。軌道基準點和軌道(道岔)精調需要達到亞毫米級測量精度;軌道板的鋪設需達到亞毫米～毫米級的測量精度;軌道控制網CPIII測量要求1毫米測量精度;
高速鐵路精密工程測量層次多，領域廣，工作量繁重，是鐵路建設成敗的關鍵技術之一。
4、高速精密工程測量的內容及方法
①主要技術支持性文件或規范②平面控制測量的內容和作業方法 ③高程控制測量的內容和作業方法④控制網復測及加密作業方法
⑤線下施工階段的測量作業方法⑥無砟軌道鋪設階段的測量作業方法⑦構筑物變形測量作業方法⑧線路整理及竣工測量作業方法 運營及養護維修測量。
四、致謝
假如我能搏擊藍天，那是您給了我騰飛的翅膀;假如我是擊浪的勇士，那是您給了我弄潮的力量;假如我是不滅的火炬，那是您給了我青春的光亮!用語言播種，用彩筆耕耘，用汗水澆灌，用心血滋潤，這就是我們敬愛的老師崇高的勞動。敬愛的梁老師，感謝您對我的精心培育，衷心祝您健康幸福!
五、參考文獻
[ 1 ]
張正祿 , 吳棟材 , 楊
仁. 精密工程測量 [ M] . 北京 : 測繪出版社 ,1992. [ 2 ]
張正祿. 工程測量學[ M] . 武漢 :武漢大學出版社 ,2005. [ 3 ]
張松林 , 張正祿 , 羅年學. G PS 平面控制網的模擬設計計算方法及其應用 [J ] . 武漢大學學報 ( 信息科學版) ,2004 ,29 (8) :711 2 714. [ 4 ]
張正祿 , 鄧
勇 , 羅長林 , 等. 精密三角高程代替一等水準測量的研究 [ J ] . 武漢大學學報 ( 信息科學版) ,2006 , (1) :5 2 8. [ 5 ]
張正祿 ,張松林 ,張
軍 ,等. 特高精度水電站施工控制網分析與研究[J ] . 大壩與安全 ,2002 (5) :17 2 20. [ 6 ]
劉祖強 ,楊
聲速的測量實驗報告范文第5篇
摘要：在850 GHz頻率附近,通過實驗驗證了亞毫米波矢量場形測量平臺測量原理的可行性,以及幅度和相位測量的精度。幅度測量動態范圍大于45 d B,相位測量的精度還有待進一步提高。已制定相位測量的改進方案,在后續實驗中改進。
關鍵詞：近場測量,太赫茲,亞毫米波,準光學